Je po 60 letech čas aktualizovat Drakeovu rovnici?

1. listopadu^Svatý, 1961, řada významných vědců se shromáždila na Národní radioastronomická observatoř v Green Bank v Západní Virginii na třídenní konferenci. O rok dříve bylo toto zařízení místem prvního moderního experimentu SETI ( Projekt Ozma ), kde slavní astronomové Frank Drake a Carl Sagan použili dalekohled Green Bank (aka „Velké ucho“) k monitorování dvou blízkých hvězd podobných Slunci – Epsilon Eridani a Vaše Ceti .

Zatímco neúspěšný, Ozma se stal ústředním bodem pro vědce, kteří se zajímali o toto rozvíjející se pole známé jako Hledejte mimozemskou inteligenci (SETI). Výsledkem bylo, že Drake a Sagan byli motivováni uspořádat úplně první konferenci SETI, kde by se diskutovalo o tématu hledání možných mimozemských rádiových signálů. V rámci přípravy na schůzku připravil Drake následující heuristickou rovnici:

N = R^*x f_px n_Ax f_ax f_ix f_Cx L

Tomu by se začalo říkat „ Drakeova rovnice “, kterou mnozí považují za jednu z nejznámějších rovnic v historii vědy. K šedesátému výročí svého vzniku John Gertz – filmový producent, amatérský astronom, člen představenstva s BreakThrough Listen , a tříletý bývalý předseda představenstva pro Institut SETI – tvrdí v nedávném článku, že je na místě přehodnocení faktor po faktoru.

Frank Drake píše svou slavnou rovnici na bílou tabuli. Kredit: SETI.org

V tomto dokumentu, který byl nedávno přijat k publikaci Journal of the British Interplanetary Society (JBIS), Gertz podporuje revidovanou rovnici a mnohem více hledání! Abychom to rozebrali, Drakeova rovnice se skládá z následujících parametrů:

• N je počet civilizací v naší galaxii, se kterými bychom mohli komunikovat
• R^*je průměrná rychlost tvorby hvězd v naší galaxii
• F_pje zlomek hvězd s planetárními systémy
• n_Aje počet planet, které mohou podporovat život
• F_aje počet těch planet, na kterých se vyvine život
• F_ije počet těch planet, na kterých se vyvine inteligentní život
• fc je počet civilizací, které by mohly vyvinout přenosové technologie
• L je doba, kterou by tyto civilizace musely vysílat své signály do vesmíru.

Účelem rovnice spíše než být skutečným prostředkem pro kvantifikaci počtu inteligentních druhů v naší galaxii bylo zarámovat diskusi o SETI. Kromě shrnutí výzev, kterým vědci čelí, bylo zamýšleno podnítit vědecký dialog mezi účastníky setkání. Jak Drake později poznamenal:

„Když jsem plánoval schůzku, pár dní předem jsem si uvědomil, že potřebujeme program. A tak jsem sepsal všechny věci, které jste potřebovali vědět, abyste mohli předpovědět, jak těžké bude odhalit mimozemský život. A při pohledu na ně bylo docela zřejmé, že když to všechno vynásobíte dohromady, dostanete číslo N, což je počet detekovatelných civilizací v naší galaxii. Bylo to zaměřeno na rádiové vyhledávání, a ne na hledání prvotních nebo primitivních forem života.

Teleskop Green Bank monitoruje galaxii pro rychlé rádiové záblesky (FRB). Kredit: Danielle Futselaar/UC Berkeley

Drakeova rovnice od té doby dosáhla velké slávy a velké proslulosti. Zatímco někteří vědci jej budou chválit jako jeden z nejdůležitějších příspěvků k vědeckému bádání, jiní ho kritizují za jeho zjevnou nejistotu a domnělou povahu. Takové kritiky zdůrazňují, že násobením nejistých proměnných míra nejistoty roste exponenciálně až do bodu, kdy nejsou možné žádné pevné závěry.

Jak John Gertz vysvětlil Universe Today prostřednictvím e-mailu, problémy spojené s Drakeovou rovnicí se v průběhu času nezmenšily. Pro mnoho vědců zásadní objevy, ke kterým došlo v posledních několika desetiletích (které snížily úroveň nejistoty s některými proměnnými rovnice), zpochybnily samotnou užitečnost rovnice samotné.

'Drakeova rovnice byla mimořádně užitečná heuristika na počátku moderního hledání mimozemské inteligence na počátku 60. let,' řekl. „Vedlo to našim prvním návrhům myšlenek na toto téma. Po 60 letech je to však vrzající a stárnoucí budova, která by měla být smetena ve prospěch nového nového myšlení.“

V zájmu své studie Gertz znovu zvážil každou z proměnných Drakeovy rovnice, aby určil, zda jsou stále užitečné pro omezení možnosti inteligentního života. Pro začátek tu byl parametrR*, který Gertz z řady důvodů označil za „neužitečný“. Patří mezi ně skutečnost, že rychlost tvorby nových hvězd se v průběhu času mění a že se Drake omezil na hvězdy podobné Slunci (které mají ve srovnání s několika jinými typy nízkou porodnost).

Frank Drake stojící před dalekohledem Green Bank. Kredit: NRAO/NSF/AUI

Existuje také možnost, že signály ET by mohly být extragalaktického původu a že počet civilizací nesouvisí se zrozením nových hvězd. Z těchto důvodů to navrhujeR*by měl být nahrazen n_s, což označuje počet kandidátských hvězd v Mléčné dráze, které spadají do našeho zorného pole (FOV). To by bylo značné, protože hvězdy, které jsou považovány za dobré kandidáty na obyvatelnost, zahrnují G-type, K-type a M-type (přes 80 % hvězd), stejně jako zdánlivě mrtvé bílé trpaslíky (dalších 10 % všech hvězd). ).

Dále je zde počet hvězd, které mají planetu nebo její systém, který kolem nich obíhá (F_pparametr), který byl v Drakeově době do značné míry neznámý. V posledních dvou desetiletích však počet potvrzených exoplanet exponenciálně vzrostl ( 4,383 a počítání!), z velké části díky Keplerův vesmírný dalekohled . Při extrapolaci tyto objevy naznačují, že planety jsou pro hvězdy všudypřítomné, což činí tento parametr do značné míry irelevantním.

Další na řadě je další důležitá úvaha, která vyplynula z nedávných objevů exoplanet. Toto je počet planet podobných Zemi (neboli „pozemských“ nebo kamenných), které obíhají v rámci obyvatelné zóny (HZ) své mateřské hvězdy –n_A. Jak ale ukázalo několik směrů výzkumu, pouhá oběžná dráha v rámci HZ hvězdy je stěží jedinou úvahou. Je zde také velikost planety, atmosféra a přítomnost vody a tektonické aktivity.

Definice HZ je také omezena na planety, zatímco měsíce jako Ganymede, Europa, Enceladus, Titan a další ukazují, že život by mohl existovat v „ oceánský svět “prostředí. Existuje také případ Marsu a Venuše, které měly současně proudící vodu a relativně stabilní teploty. Gertz to tedy doporučujen_A by měl být nahrazenn_Taky, který označuje celkový počet těles (planet, měsíců, planetoidů atd.), která by mohla podporovat život buď na jejich povrchu, nebo pod nimi.

ParametrF_a (planety, na kterých se vyvine život) je také beznadějně nejistá, hlavně proto, že vědci si nejsou jisti, jak život zde na Zemi vznikl. Současné teorie sahají od prvotních jezírek a hydrotermálních průduchů až po výsev z vesmíru (litopanspermie) a mezi hvězdnými systémy a galaxiemi (panspermie). Rovněž neexistuje shoda v tom, zda je život všudypřítomný nebo vzácný, a to kvůli skutečnosti, že hledání mimozemského života (základního nebo jiného) je tak chudé na data.

Další na řadě je zlomek planet nesoucích život, který dá vzniknout technologicky zdatnému druhu (F_i), což je obzvláště problematické. V tomto případě se problém týká evolučních cest a zda jsou faktory vedoucí ke vzniku homo sapiens vůbec společné. Zkrátka netušíme, jestli je evoluce konvergentní (upřednostňuje inteligenci) nebo nekonvergentní.

Předposlední parametr, zlomek inteligentních druhů, které by se s námi právě teď mohly pokoušet komunikovat (F_C), je podobně prošpikovaný problémy. Na jedné straně uznává, že ne všechny technologicky kompetentní druhy s námi budou schopny komunikovat nebo budou chtít (a la Hypotéza Temného lesa ). Na druhou stranu nebere v úvahu dvě velmi důležité úvahy.

Za prvé, nebere v úvahu dobu, kterou potřebuje vysílač nebo přijímač, aby provedl jeden okruh přes řadu objektů v naší galaxii. Pokud nejsou signály neustále vysílány přímo na Zemi (nebo všemi směry), ale také velmi vysoké energetické úrovně pro spuštění, je šance, že budou přijímány, docela nepříznivá. Navíc nebere v úvahu možnost, že technopodpisy (jako jsou rádiové přenosy) budou detekovány neúmyslně.

Gertz to tedy doporučujeF_Cbýt nahrazen parametremF_d, který má širší charakter. Kromě zvažování pokusů mimozemské civilizace s námi komunikovat, také zohledňuje naši schopnost detekovat technopodpisy civilizace. Koneckonců, k čemu jsou snahy o signalizaci, když zamýšlení příjemci ani nejsou schopni zprávu přijmout?

V neposlední řadě je tu vždy tak ošemetný parametrTHE,množství času, který stráví technologicky závislá civilizace pokusy o komunikaci se Zemí. Postupem času se tento parametr začal identifikovat jako délka života civilizací nebo jak dlouho mohou být v pokročilém stavu, než podlehnou sebedestrukci nebo kolapsu životního prostředí.

Carl Sagan sám přiznal, že ze všech parametrů v Drakeově rovnici byl tento zdaleka nejnejistější. Jednoduše řečeno, nemáme žádný způsob, jak zjistit, jak dlouho může civilizace přetrvávat, než přestane být schopna komunikovat s vesmírem. Nemohli jsme předvídat, jak a kdy může skončit mimozemská civilizace, o nic víc, než jsme dokázali naši vlastní (ačkoli někteří lidé pochybují, že se z tohoto století dostaneme!)

Dalším běžným hlediskem je pravděpodobnost, že v době, kdy je mimozemský signál nebo sonda nalezena jiným druhem, civilizace odpovědná za jeho odeslání už dávno zemře . Tento argument je součástí Hypotéza „stručného okna“. , který předpokládá, že vyspělé civilizace vždy podlehnou existenčním hrozbám dříve, než jiná civilizace může přijímat a reagovat na jejich vysílání. Jak Gertz vysvětlil:

„[D]Rakeova rovnice byla založena na představě, že mezi hvězdami je usazeno omezené množství aktuálně existujících mimozemských civilizací, z nichž některé nám budou signalizovat svou přítomnost pomocí radiových paprsků nebo optických laserů. To však ignoruje další myšlenkový směr, který tvrdí, že mnohem lepší strategií ET by bylo poslat fyzické sondy do naší sluneční soustavy, aby nás sledovaly a nakonec se s námi spojily.

'Takové sondy by mohly představovat informace z nesčetných civilizací, z nichž mnohé mohly dávno zaniknout.' Pokud je tomu tak, je Drakeovo L irelevantní, protože sonda může daleko přežít svého předka a jeho N se redukuje na jednu, jedinou sondu, která nám dává vědět o své přítomnosti, jejímž jediným prostřednictvím bychom mohli komunikovat se zbytkem galaxie. “

Umělcův dojem z Breakthrough Listen Network.Kredit: Breakthrough Listen/Univ. nebo Machester/Daniëlle Futselaar

Nakonec by aktualizovaná verze Drakeovy rovnice (na základě Gertzovy analýzy) vypadala takto:

N = n_sx f_px n_Takyx f_ax f_ix f_dx L

• n_sje počet bodů na obloze v rámci našich FOV
• F_pje zlomek hvězd s planetami
• n_Takyje průměrný počet těl v každém z nich, která by mohla zplodit život
• F_aje zlomek těch, které skutečně rodí život.
• F_ije zlomek systémů se životem, který vyvíjí technologickou inteligenci
• F_dje zlomek technologické životnosti, který je zjistitelný jakýmikoli prostředky
• L je doba detekovatelnosti.

Bohužel, když vezmeme v úvahu všechny parametry (a jejich příslušné úrovně nejistoty), zbydou nám některé nepříjemné důsledky. Na jedné straně by bylo empiricky jednodušší dospět k závěru, že lidstvo je v současnosti tím pouze technologicky vyspělá civilizace v pozorovatelném vesmíru. Nebo, jak Gertz uzavírá, může sloužit jako výzva k akci ke snížení nebo odstranění těchto úrovní nejistoty!

'Drakeova rovnice má za cíl určit N, počet existujících komunikujících civilizací,' řekl. 'Neexistuje žádný způsob, jak to určit jinými známými prostředky, než tím, že se spojíme s naším prvním mimozemšťanem a zeptáme se ho, co by o té záležitosti mohl vědět.' Selhání Drakeovy rovnice paradoxně činí robustní program SETI ještě důležitějším, protože žádné spekulace s křesly nemohou určit N.“

Pokud jde o to, jak by měl vypadat robustní program SETI, uznává, že současné úsilí – ztělesňuje Průlom Poslouchejte – jsou dobrým začátkem. V rámci Breakthrough Initiatives (nezisková organizace založená Yurim a Julií Milnerovými v roce 2015) je tento 10letý program za 100 milionů dolarů nejkomplexnějším průzkumem, který byl kdy proveden při hledání technopodpisů ve vesmíru.

Projekt se opírá o pozorování rádiových vln provedené observatoří Green Bank a Parkesova observatoř v jihovýchodní Austrálii, stejně jako pozorování ve viditelném světle Automatizovaný vyhledávač planet na Lick Observatory v San Jose v Kalifornii (mimo jiné). V kombinaci s nejnovějším inovativním softwarem a technikami analýzy dat bude projekt zkoumat jeden milion blízkých hvězd, celou galaktickou rovinu a 100 blízkých galaxií.

Aby však výzkum SETI skutečně postoupil do bodu, kdy může být Drakeova rovnice opět užitečná, jsou nutné dvě věci. Řekl Gertz, mezi ně patří bezpečné financování a vyhrazené observatoře:

„Breakthrough Listen mění hru. Díky tomu se za jediný den udělá více SETI, než kdy předtím za celý rok. Z dlouhodobého hlediska je však třeba udělat mnohem více. Především jde o věčné financování, které lze zajistit pouze prostřednictvím nadace.

'Také je potřeba postavit více dalekohledů určených pro 24/7, zvláště dalekohledy se širokým zorným polem, protože můžeme jen hádat, odkud by mohl signál mimozemšťanů dorazit, a vyškolit další vědce, kteří by zase mohli vědět, že mohou plánovat kariéru. kolem SETI zajištěné financovanou nadací.“

Kromě přísného hledání příslovečné jehly v kupce sena je jednou z největších výzev výzkumu SETI zajištění dostupnosti finančních prostředků. To není jedinečné pro oblast SETI, ale ve srovnání s průzkumem vesmíru a souvisejícími snahami je zde neustálý boj o ospravedlnění jeho existence. Ale vzhledem k tomu, že odměnou bude jediný největší objev v historii lidstva, rozhodně to stojí za to!

Další čtení: arXiv